
تعداد نشریات | 45 |
تعداد شمارهها | 1,382 |
تعداد مقالات | 16,915 |
تعداد مشاهده مقاله | 54,446,113 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 17,115,543 |
مدلسازی رفتار دینامیکی یک ربات نرم مجهز به محرک الکترومغناطیسی | ||
مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز | ||
دوره 55، شماره 1 - شماره پیاپی 110، اردیبهشت 1404، صفحه 135-144 اصل مقاله (573.08 K) | ||
نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/jmeut.2025.63787.3470 | ||
نویسنده | ||
رضا دهقانی* | ||
دانشیار، گروه مهندسی طراحی و ساخت، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان، ایران | ||
چکیده | ||
با توجه به توانایی بالای حرکتی رباتهای نرم، این رباتها در کاربردهای مختلفی به کار گرفته میشوند. استفاده از محرکهای غیر تماسی و کوچک، مانند محرکهای الکترومغناطیسی، به کاهش اندازه این رباتها کمک کرده و امکان استفاده از آنها در کاربردهای خاص را فراهم میآورد. با وجود اهمیت تحقیق در زمینه این رباتها، تحقیقاتی در زمینه مدلسازی دینامیکی رباتهای نرم مجهز به محرکهای الکترومغناطیسی وجود ندارد. در این مقاله، تحلیل سینماتیک و دینامیک یک ربات نرم که به محرک الکترومغناطیسی مجهز است، انجام شده است. این ربات شامل یک بخش نرم و انعطافپذیر است که در انتهای آن یک آهنربای دائمی قرار دارد. همچنین، برای حرکت دادن ربات نرم از یک میدان الکترومغناطیسی بهرهبرداری میشود. ابتدا مدل دینامیکی ربات نرم با استفاده از نظریه کاسرت استخراج شده و سپس مدلسازی نیرو و ممان الکترومغناطیسی محرک انجام میگیرد. پس از اعتبارسنجی مدل دینامیکی، حالتهای مختلف ربات نرم شبیهسازی شده و نتایج آنها ارائه میشود. نتایج نشان میدهد که مدل دینامیکی ارائه شده در این مقاله به خوبی رفتار ربات نرم را پیشبینی میکند. | ||
کلیدواژهها | ||
ربات نرم؛ نظریه میله کاسرت؛ میدان الکترومغناطیس؛ تحلیل دینامیکی؛ تقریب مشتقات زمانی؛ رابطه دیفرانسیلی بازگشتی | ||
مراجع | ||
[1] Rich SI, Wood RJ, Majidi C. Untethered soft robotics. Nature Electronics. 2018;1(2):102-12. [2] Zhao W, Zhang Y, Wang N. Soft robotics: Research, challenges, and prospects. Journal of Robotics and Mechatronics. 2021;33(1):45-68. [3] Schmitt F, Piccin O, Barbe L, Bayle B. Soft Robots Manufacturing: A Review. Front Robot AI. 2018;5:84. [4] Dehghani H, Pourghodrat A, Terry BS, Nelson CA, Oleynikov D, Dasgupta P. Semi-Autonomous Locomotion for Diagnostic Endoscopy Device1. Journal of Medical Devices. 2015;9(3). [5] Kuang X, Roach DJ, Wu J, Hamel CM, Ding Z, Wang T, et al. Advances in 4D printing: materials and applications. Advanced Functional Materials. 2019;29(2):1805290. [6] Park Y-L. Soft wearable robotics technologies for body motion sensing. Human Modelling for Bio-Inspired Robotics: Elsevier; 2017. p. 161-84. [7] Runciman M, Darzi A, Mylonas GP. Soft Robotics in Minimally Invasive Surgery. Soft Robot. 2019;6(4):423-43. [8] Zhu Y, Guo Q, Zhang Y, Zhu J, Zhang P, Gao M, et al. A walking soft robot driven by electromagnetism inside the body. Engineering Research Express. 2024;6(1):015203. [9] Gong X, Yang K, Xie J, Wang Y, Kulkarni P, Hobbs AS, et al. Rotary actuators based on pneumatically driven elastomeric structures. Advanced Materials. 2016;28(34):7533-8. [10] Palmieri P, Gaidano M, Troise M, Salamina L, Ruggeri A, Mauro S, editors. A deployable and inflatable robotic arm concept for aerospace applications. 2021 IEEE 8th International Workshop on Metrology for AeroSpace (MetroAeroSpace); 2021: IEEE. [11] Zhang Y, Li P, Quan J, Li L, Zhang G, Zhou D. Progress, challenges, and prospects of soft robotics for space applications. Advanced Intelligent Systems. 2023;5(3):2200071. [12] Hines L, Petersen K, Lum GZ, Sitti M. Soft actuators for small‐scale robotics. Advanced materials. 2017;29(13):1603483. [13] Abolhosen AMR, Lee S, Fukuda K, Someya T, González LH, Shintake J. Functional soft robotic composites based on organic photovoltaic and dielectric elastomer actuator. Scientific Reports. 2024;14(1):9953. [14] Svetozarevic B, Nagy Z, Hofer J, Jacob D, Begle M, Chatzi E, et al., editors. SoRo-Track: A two-axis soft robotic platform for solar tracking and building-integrated photovoltaic applications. 2016 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA); 2016: IEEE. [15] Aracri S, Giorgio-Serchi F, Suaria G, Sayed ME, Nemitz MP, Mahon S, et al. Soft robots for ocean exploration and offshore operations: A perspective. Soft Robotics. 2021;8(6):625-39. [16] Elsayed Y, Lekakou C, Geng T, Saaj CM, editors. Design optimisation of soft silicone pneumatic actuators using finite element analysis. 2014 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics; 2014: IEEE. [17] Polygerinos P, Wang Z, Overvelde JT, Galloway KC, Wood RJ, Bertoldi K, et al. Modeling of soft fiber-reinforced bending actuators. IEEE Transactions on Robotics. 2015;31(3):778-89. [18] Shepherd RF, Ilievski F, Choi W, Morin SA, Stokes AA, Mazzeo AD, et al. Multigait soft robot. Proceedings of the national academy of sciences. 2011;108(51):20400-3. [19] Moseley P, Florez JM, Sonar HA, Agarwal G, Curtin W, Paik J. Modeling, design, and development of soft pneumatic actuators with finite element method. Advanced engineering materials. 2016;18(6):978-88. [20] Boyraz P, Runge G, Raatz A, editors. An overview of novel actuators for soft robotics. Actuators; 2018: MDPI. [21] An S-M, Ryu J, Cho M, Cho K-J. Engineering design framework for a shape memory alloy coil spring actuator using a static two-state model. Smart Materials and Structures. 2012;21(5):055009. [22] Sofla AYN, Elzey DM, Wadley HNG. Two-way Antagonistic Shape Actuation Based on the One-way Shape Memory Effect. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2008;19(9):1017-27. [23] مسلمینی ن, دهقانی ر, کارآموز راوری مر. مدلسازی میکروربات نرم مجهز به محرک آلیاژ حافظهدار و بررسی تاثیر جریان الکتریکی و سرعت سیال خنک کننده بر رفتار دینامیکی آن. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2022;52(2):153-62. [24] Scalet G, editor Two-way and multiple-way shape memory polymers for soft robotics: An overview. Actuators; 2020: MDPI. [25] Youn J-H, Jeong SM, Hwang G, Kim H, Hyeon K, Park J, et al. Dielectric elastomer actuator for soft robotics applications and challenges. Applied Sciences. 2020;10(2):640. [26] Bar-Cohen Y, Cardoso V, Ribeiro C, Lanceros-Méndez S. Electroactive polymers as actuators. Advanced piezoelectric materials. 2017:319-52. [27] Moura V, editor Magnetically Actuated Multiscale Medical Robots. IROS 2012 Full-day Workshop; 2012: Citeseer. [28] Schmitt F, Piccin O, Bayle B, Renaud P, Barbé L. Inverted honeycomb cell as a reinforcement structure for building soft pneumatic linear actuators. Journal of mechanisms and robotics. 2021;13(1):011020. [29] Ebrahimi N, Bi C, Cappelleri DJ, Ciuti G, Conn AT, Faivre D, et al. Magnetic actuation methods in bio/soft robotics. Advanced Functional Materials. 2021;31(11):2005137. [30] Li J, Barjuei ES, Ciuti G, Hao Y, Zhang P, Menciassi A, et al. Magnetically-driven medical robots: An analytical magnetic model for endoscopic capsules design. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2018;452:278-87. [31] Xu T, Yu J, Yan X, Choi H, Zhang L. Magnetic actuation based motion control for microrobots: An overview. Micromachines. 2015;6(9):1346-64. [32] Sliker L, Ciuti G, Rentschler M, Menciassi A. Magnetically driven medical devices: a review. Expert review of medical devices. 2015;12(6):737-52. [33] Gerboni G, Ranzani T, Diodato A, Ciuti G, Cianchetti M, Menciassi A. Modular soft mechatronic manipulator for minimally invasive surgery (MIS): overall architecture and development of a fully integrated soft module. Meccanica. 2015;50:2865-78. [34] Grazioso S, Di Gironimo G, Siciliano B. A geometrically exact model for soft continuum robots: The finite element deformation space formulation. Soft robotics. 2019;6(6):790-811. [35] Chen Y, Li W, Gong Y. Static modeling and analysis of soft manipulator considering environment contact based on segmented constant curvature method. Industrial Robot: the international journal of robotics research and application. 2020;48(2):233-46. [36] Falkenhahn V, Mahl T, Hildebrandt A, Neumann R, Sawodny O. Dynamic modeling of bellows-actuated continuum robots using the Euler–Lagrange formalism. IEEE Transactions on Robotics. 2015;31(6):1483-96. [37] توکلی س, دهقانی ر, کارآموز راوری مر. کنترل مقاوم مبتنی بر شبکه عصبی شعاعی و تابع تصویر یک ربات پیوسته مجهز به محرکهای کابلی. مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 2021;51(3):17-24. [38] Janabi-Sharifi F, Jalali A, Walker ID. Cosserat rod-based dynamic modeling of tendon-driven continuum robots: A tutorial. IEEE Access. 2021;9:68703-19. [39] Till J, Aloi V, Rucker C. Real-time dynamics of soft and continuum robots based on Cosserat rod models. The International Journal of Robotics Research. 2019;38(6):723-46. [40] Till J, Aloi V, Riojas KE, Anderson PL, Webster III RJ, Rucker C. A dynamic model for concentric tube robots. IEEE Transactions on Robotics. 2020;36(6):1704-18. [41] Jackson JD. Classical electrodynamics: John Wiley & Sons; 2021. [42] Jeon S, Hoshiar AK, Kim K, Lee S, Kim E, Lee S, et al. A magnetically Controlled Soft Microrobot Steering a Guidewire in a Three-Dimensional Phantom Vascular Network. Soft Robot. 2019;6(1):54-68. [43] Rucker C. Integrating rotations using nonunit quaternions. IEEE Robotics and Automation Letters. 2018;3(4):2979-86. [44] Jeon S, Hoshiar AK, Kim S, Lee S, Kim E, Lee S, et al. Improving guidewire-mediated steerability of a magnetically actuated flexible microrobot. Micro and Nano Systems Letters. 2018;6:1-10. [45] Niu H, Feng R, Xie Y, Jiang B, Sheng Y, Yu Y, et al. Magworm: A biomimetic magnet embedded worm-like soft robot. Soft robotics. 2021;8(5):507-18. | ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 18 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 9 |